Betekintés a napelemek világába

Átírás

1 Betekintés a napelemek világába (mőködés, fajták, alkalmazások) Nemcsics Ákos Óbudai Egyetem

2 Tartalom Bevezetés energetikai problémák napenergia hasznosítás módjai Napelemrıl nem középiskolás fokon napelem mőködése egyszerőbb napelemstruktúrák összetettebb napelemstruktúrák Napelemek alkalmazása nem helyhez kötött alkalmazások építészeti alkalmazás lehetıségei megvalósult építészeti példák

3 Energetikai problémák Környezet szennyezés Globális energetikai problémák Épületüzemeltetés Megújuló energiák kiaknázása Passzív napenergia-hasznosítás Aktív napenergia-hasznosítás

4 Napsugárzás tulajdonságai (spektruma) 1: AM0 2: AM1

5 Napsugárzás tulajdonságai (térbeli, idıbeli eloszlása) nappályadiagram

6 Passzív napenergia-hasznosítás (népi építészet)

7 Passzív napenergia-hasznosítás (Tömegfal)

8 Napelem mőködése és fajtái Töltéshordozók generálása Eltérı elektrokémiai potenciál Kristályos, polikristályos (tokozás: üveg, színezés, különleges modulok) Vékonyréteg (amorf-si, CIS, hordozó: merev üveg, hajlékony mőanyag fólia) Nagy hatásfokú (III-V-alapú, világőri és földi alkalmazás egyaránt) Koncentrátoros Különleges struktúrák (Grätzel, Polimer-alapú, nanostruktúrák)

9 A fotovoltaikus hatás magyarázat a pn-átmenet példáján hν - a fotoáram iránya az átmenet záróirányú áramával egyezik + I eu = I [exp( ) 1] kt s I foto fotoáram

10 A napelem hatásfoka a napelem elektromos helyettesítı képe o MPP A kitöltési tényezı: ϕ = I U m I U r m ü I U P m m η = = foto ϕi U r P foto ü értékek a gyakorlatban: ϕ = η = 5 40 %

11 Napelem mőködése és fajtái

12 vékonyréteg-napelem CIS, CIGS, CdTe technológia: vákuumpárologtatás, porlasztás, CVD eljárások, elektrokémiai leválasztás stb. anyag: polikristályos, hasábos, domén méret kb. 1 µm tilossáv: összetétellel beállítható adalék: adalék nélkül általában p-típusú

13 vékonyréteg-napelem CIS, CIGS, CdTe technológia: vákuumpárologtatás, porlasztás, CVD eljárások, elektrokémiai leválasztás stb. anyag: polikristályos, hasábos, domén méret kb. 1 µm tilossáv: összetétellel beállítható adalék: adalék nélkül általában p-típusú

14 Vékonyréteg-napelemek amorf Si és SiGe napelem struktúrák egy amorf Si napelem felépítése pin-struktúra adalékolás Saeber-Wronski-effektus α-si:h/α-ge:h tandemstruktura E g oben > E g unten

15 Elektrokémiai napelem Energiaátalakítás Elektrokémiai napelem konstrukciója regenerálódni képes napelem mőködésének elve a redox-rendszer oxidálódik megvilágítás hatására az n-típusú félvezetın, majd redukálódik a fémelektródán 1: üveg 2: ellenelektróda, 3: elektrolit, 4: félvezetı, 5: hátoldali kontaktus

16 Elektrokémiai napelem A fotokorrózió elkerülése Grätzel cella 1: üveg, 2:TCO, 3: vékony TiO 2 réteg, 4: TiO 2 részecskék (méret: nm, rétegvastagság 10 µm), 5: festékrészecskék a TiO 2 felületén, 6: elektrolit, 7: Pt elektroda A Grätzel cella elektronikus sávszerkezete

17 III-V alapú napelem QD intermediate band solar cell 4x10 10 dot/cm 2 struktúra növesztés MBE, Stranski-Krastanov növekedési mód

18 Napelem mőködése és fajtái

19 Napelem mőködése és fajtái Polikristályos napelemtábla Vékonyréteg napelemtábla

20 Napelem mőködése és fajtái Napelem hajlékony hordozóra

21 Napelem mőködése és fajtái Koncentrátoros napelemtábla

22 Napelem lapostetın

23 Napelem magastetın Pikkelyfedéshez kapcsolódó rögzítı elem

24 Napelem magastetın

25 Napelem magastetın Napelemtábla beépítése tetısíkban fekvı ablakéhoz hasonlóan

26 Napelem magastetın Napelemtábla beépítése tetısíkban fekvı ablakéhoz hasonlóan

27 Napelem magastetın Napelem mint pikkelyfedés

28 Napelem kishajlású tetın

29 Napelem homlokzaton Mellvédfalra szerelt modul 1: napelem 2: légréteg 3: rögzítı szerkezet 4: hıszigetelı üvegezés 5: hıszigetelés 6: parapet 7: elektromos kábel 8: beton födém 9: mennyezet

30 Napelemes épületek Herbert F. felvétele Herbert F. felvétele

31 Napelemes épületek Willow House Gregory Kiss

32 Napelemes épületek Lapostetıre szerelt napelemtáblák a Prágai Mőszaki Egyetemen

33 Napelemes épületek Lapostetıre szerelt napelemtáblák a Mőncheni Mőszaki Fıiskolán

34 Napelemes épületek kívülrıl belülrıl Vékonyréteg napelemmel üvegezett folyosó a Müncheni Mőszaki Fıiskolán

35 Napelemes épületek mozgatható napelemtáblák árnyékvetıként üvegezéssel kombinált napelemtáblák a homlokzaton Freiburgi Konferencia Központ

36 Napelemes épületek Napelemtáblák belsı teret módosító hatása Herbert F. felvétele Freiburgi Konferencia Központ

37 Napelemes épületek

38 Napelemes épületek

39 Napelemes épületek Íves felület lefedése napelemmel Gregory Kiss Coney Islands Stillwell Terminal, New York

40 Napelemes épületek Íves felület lefedése napelemmel Gregory Kiss Coney Islands Stillwell Terminal, New York

41 Köszönöm a figyelmet!